古城煤矿开采设计冲击地压防治综述及实践-本科毕业设计(论文)开题报告1

山山 东东 科科 技技 大大 学学 本科毕业设计（论文）开题报告本科毕业设计（论文）开题报告 题 目古城煤矿开采设计 冲击地压防治综述及实践 系 部 名称资源与土木工程系 专 业 班 级安全 07-1 学 生 姓 名刘雷 学号07020814 指 导 教 师秦广鹏 填表时间：2011年3月26 日 填表说明 1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之 一。 2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指 导教师签署意见、相关系主任审查后生效。 3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用 A4 纸打印。 4.参考文献不少于 8 篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于 2 篇） 。 5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。 设计（论文） 题目 设计（论文） 类型（划“” ） 工程设计应用研究开发研究基础研究其它 一、 本课题的研究目的和意义 通过研究东滩煤矿开采设计， 对开采遇到的冲击地压进行研究和分析。 结合国内外综合防治的方法和措施，进而提高自身的业务水平，更好 的投身煤矿事业建设。 二、 本课题的主要研究内容（提纲） 毕业设计由一般部分、专题和外文翻译三部分组成。 一般设计部分一般设计部分题目为东滩煤矿 400 万 t 矿井开采系统设计。主要内容包括井田开 拓、带区巷道布置、采煤方法及工艺、矿井通风设计、矿井安全技术措施设计 专题部分题目专题部分题目为矿井冲击地压治理现状分析。对我国矿井冲击地压技术及材 料应用现状方面进行分析，分析目前我国矿井冲击地压工作存在的问题，提出冲 击地压技术发展新方向。 三、 文献综述（国内外研究情况及其发展） 我国最早记录的冲击地压现象于我国最早记录的冲击地压现象于 19331933 年发生在抚顺胜利煤矿年发生在抚顺胜利煤矿， 当时的开采深当时的开采深 度为度为 200200 米左右米左右。 从自然地质条件来看，除褐煤以外的各种煤层都已记录到了冲击现象，采深从 200 米800 米，地质构造从极简单至极复杂，煤层从薄到特厚，倾角从水平到极 倾斜，顶板包括砂岩、灰岩、油母岩等都发生过；从生产技术条件来看，水采、水 沙充填、综采、炮采、机采、手采等各种工艺，长壁、短壁、巷柱、倾斜分层、水 平分层、倒台阶、房柱式等各种方法都出现了冲击现象。 冲击矿压是世界采矿业面临的共同问题冲击矿压是世界采矿业面临的共同问题。1738 年在英国首先在世界报道了冲年在英国首先在世界报道了冲 击矿压现象。击矿压现象。之后，前苏联、南非、德国、波兰、美国、加拿大、日本、法国、前苏联、南非、德国、波兰、美国、加拿大、日本、法国、 印度印度、捷克捷克、匈牙利匈牙利、保加利亚保加利亚、奥地利奥地利、新西兰和安哥拉等都记录了冲击地压新西兰和安哥拉等都记录了冲击地压。 目前目前，包括我国在内的包括我国在内的 20 多个国家和地都有区冲击地压多个国家和地都有区冲击地压，这一事实表明，世界上 几乎所用采矿国家都不同程度地受到冲击地压的威胁。 煤矿冲击地压灾害最严重而 且防治工作最有成效的国家是波兰、德国和前苏联。 冲击地压是压力超过煤岩体的强度极限， 聚集在巷道周围煤岩体中的能量突然 释放，在井巷发生爆炸性事故，动力将煤岩抛向巷道，同时发出强烈声响，造成煤 岩体震动和煤岩体破坏、支架与设备损坏、人员伤亡、部分巷道垮落破坏等。冲击 矿压还会引发其它矿井灾害，尤其是瓦斯、煤尘爆炸、火灾及水灾，干扰通风系统 等 通常情况下，冲击地压将直接产生： 1将煤岩抛向巷道； 2引起岩体的强烈震动； 3产生剧烈声响； 4造成岩体的破断和裂缝扩展。 5 冲击地压具有如下明显的显现特征：冲击地压具有如下明显的显现特征： 1、突发性突发性。冲击地压一般没有明显的宏观前兆而突然发生，难于事先准确确 定发生的时间、地点和强度。 2 2、瞬时震动性瞬时震动性。冲击地压发生过程急剧而短暂，像爆炸一样伴有巨大的声响 和强烈的震动，电机车等重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动波及的范 围可达几公里甚至几十公里，地面有地震感觉，但一般震动持续时间不超过 几十秒。 3 3、巨大破坏性、巨大破坏性。冲击地压发生时，顶板可能瞬间明显下沉，但一般不冒落； 有时底板突然开裂鼓起甚至接顶； 常常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎 并从煤壁抛出，堵塞巷道，破坏支架。从后果看冲击地压常常造成惨重的人员伤亡 和巨大的生产损失。 1.21.2 冲击地压的分类冲击地压的分类 根据应力状态、显现强度、发生地点和位置的不同，冲击矿压如下几种分 类方法。 1.2.1 根据原岩（煤）体应力状态不同，冲击矿压可分为三类根据原岩（煤）体应力状态不同，冲击矿压可分为三类 （1 1）重力型冲击地压重力型冲击地压。主要受重力作用，没有或只有极小构造应力影响的条 件下引起的冲击地压，如枣庄、抚顺、开滦、等矿区发生的冲击地压属重力型。 （2 2）构造应力型冲击地压构造应力型冲击地压。若构造应力远远超过岩层自重应力时，主要受构 造应力的作用引起的冲击地压，如北票和天池矿区发生的冲击地压属于。 （3 3）中间型或重力构造型冲击地压中间型或重力构造型冲击地压。它是受重力和构造应力的共同作用引 起的冲击地压。 1.2.2 根据冲击的显现强度，可分为四类：根据冲击的显现强度，可分为四类： （1 1）弹射。）弹射。一些单个碎块从处于高应力状态下的煤或岩体上射落，并伴有强烈 的声响，属于微冲击现象。 （2 2）矿震）矿震。它是煤、岩内部的冲击地压，即深部的煤或岩体发生破坏。但煤、 岩并不向已采空间抛出，只有片帮或塌落现象，但煤或岩体产生明显震动，并伴有 巨大声响，有时产生煤尘。较弱的矿震称为微震，也称为“煤炮” 。 （3 3）弱冲击）弱冲击。煤或岩石已向采空间抛出，但破坏性不很大，对支架、机器和设 备基本上没有损坏，围岩产生震动，一般震级在 2.2 级以下，伴有很大声响，产生 煤尘，在瓦斯煤层中可能有大量瓦斯涌出。 (4)(4)强冲击强冲击。部分煤或岩石急剧破碎，大量向已采空间抛出，出现支架折损、设 备移动和围岩震动，震级在 2.3 级以上，伴有巨大声响，形成大量煤尘和产生冲击 波。 1.2.3 根据震级强度和抛出的煤量，可将冲击地压分为三级：根据震级强度和抛出的煤量，可将冲击地压分为三级： （1）轻微冲击（） 。抛出煤量在 10 吨以下，震级在 1 级以下的冲击地压。 （2）中等冲击（） 。抛出煤量在 1050 吨，震级在 12 级的冲击地压。 （3）强烈冲击（） 。抛出煤量在 50 吨以上，震级在 12 级的冲击地压。 一般面波震级 Ms=1 时，矿区附近居民可能有震感；Ms=2 时，对井上下有不同 程度的破坏；Ms=2.5 时，地面建筑物将出现破坏现象。 1.2.4 根据发生的地点和位置冲击地压可分为两大类：根据发生的地点和位置冲击地压可分为两大类： （1）煤体冲击。发生在煤体内，根据深度和强度又分为表面、浅部和深部 冲击。 （2）围岩冲击。发生在顶底板岩层内，根据位置有顶板冲击和顶板冲击。 根据国内的分类方法， 冲击地压可以分为由采矿引起的采矿型冲击地压和由 构造活动引起的构造型冲击地压。 采矿型冲击地压可分为压力型、冲击型和冲击压力型采矿型冲击地压可分为压力型、冲击型和冲击压力型。 压力型冲击地压是由于巷道周围煤体中的压力由亚稳态增加至极限值， 其聚集 的能量突然释放。 冲击型冲击地压是由于煤层顶底板厚岩层突然破裂或位移引发的， 它与震动脉 冲地点有关。在某种程度上，构造型冲击地压 也可看作冲击型。 冲击压力型冲击地压则介于上述两者之间，即当煤层受较大压力时，来自周 围岩体内不大的冲击脉冲作用下发生的冲击地压。 1.31.3 国际上对煤岩动力现象的分类国际上对煤岩动力现象的分类 国际经贸委员会欧洲能源协会煤炭劳动分会基于冲击地压的能量理论、 煤与 瓦斯突出的能量理论等，对煤矿发生的煤岩动力现象进行了分类： （1）据能量源对动力现象分类 其显现强度特征一般为弹射、矿震、弱冲击、强冲击、岩爆、煤炮、冲击波、 弹性振动等，常伴有煤岩体抛出、巨响及气浪等现象；其发生突然剧烈，冲击波力 量巨大，瞬间摧毁巷道、采煤工作面和设备，伤及人员，是目前国内外采矿界的难 题之一。 其类型可分为：重力型、构造型、复合型 1.41.4、冲击低压发生的原因、冲击低压发生的原因 1.4.1 客观原因客观原因 煤层具有冲击危险煤层具有冲击危险 一是煤层的煤质较硬,容易形成较大的集中应力和聚集较多的弹性变形能 量，易发生脆性破坏；煤体在冲击破坏前的全部变形中，弹性变形所占地重大，而 塑性变形所占地重小。据研究，如弹性变形部分占 5080时，则具有发生冲击 地压的危险；如弹性变形部分只占 2050，则无冲击危险。如抚顺胜利矿以煤 的单向抗压强度作为判断煤层有无发生冲击危险的指标， 认为， 当单向抗压强度达 到每平方厘米 200 公斤时，开始有表面冲击；达到 240400 公斤时，则发生冲击 地压。 二是煤层厚度较大或厚度变化较大对发生冲击地压也有影响，据波兰 1952 1957 年统计资料，厚度 48 米的煤层比在 12 米厚的煤层中发生冲击地压的 次数大 6 倍。 三是煤的湿度也有影响作用，自然含水率一般大于 3，可使煤层的弹性减 小，强度降低，塑性增加，能够减缓发生冲击地压的危险。 顶板、底板比较坚硬、厚度大顶板、底板比较坚硬、厚度大 工作面前方煤体上支承压力的大小与采空区悬顶面积有关。如果煤层顶板强 度低，分层厚度小，则顶板容易冒落，煤体内的支承压力不会太大，不易发生冲击 地压；当煤层顶板坚硬并有大面积悬顶时，会使煤体承受高支承压力，容易发生冲 击地压。 开采深度较大开采深度较大 煤层在无采动影响的三向应力状态下， 所积聚的弹性变形能 （包括体积变化弹 性能、形状改变弹性能） ，采动后，各种巷道和采煤工作面周围岩体内将发生应力 重新分布，其应力集中系数一般可达 23 或 45。若有煤柱或其他采掘活动影响 时，应力集中系数还要更大。由于煤体内的应力几乎与采深成正比，采深越大，煤 体的应力越高，积聚的弹性变形能也越大，当达到临界破坏条件时，就可能发生冲 击地压， 所以矿井达到一定开采深度是形成冲击地压的一个基本条件， 当然影响冲 击地压临界深度的因素很多，如煤层抗压强度、自然含水率、顶板性质、构造应力 的大小方向、开采技术因素等，都可能影响发生冲击地压的临界深度变化。我省多 数矿井的开采深度达到 400600m 以上时， 才会发生冲击地压， 并且发生的频次和 强度随着开采深度增大而增加（如枣庄矿务局陶庄矿二层煤冲击深度为 480m；新 汶矿务局华丰煤矿四层煤冲击深度为600m； 兖州矿区三层煤冲击深度为600m） 。 存有构造残余应力存有构造残余应力 在地质构造带中存有一部分地壳运动的残余应力， 形成构造应力场。 构造应力 的作用可以使发生冲击地压的临界深度明显减小。 在构造应力集中的构造地带， 如 断层、褶区和局部异常（底板突起、顶板下陷、煤层分岔、变薄和变厚等现象）等， 构造应力能促使发生冲击地压， 而在应力释放构造带， 则降低了煤层的冲击危险性； 冲击地压一般大量发生在煤田断层的尾端构造处和次一级向、 背斜构造应力大的地 带，其转折部位因构造应力集中，冲击危险性更大。 开拓布置不合理开拓布置不合理 由于采区接续紧张失调等原因，已经造成留有大量孤岛形和半岛形煤柱， 受采空区悬顶几个方向集中应力的叠加作用，容易造成应力集中，积聚冲击能量， 发生冲击地压。煤柱上的集中应力不仅对本煤层开采有影响，而且还向下层传递， 对下层煤形成冲击条件。 主观原因主观原因 采煤方法采煤方法 各种采煤方法的巷道布置和管理顶板方法不同，所产生的矿山压力和分布规 律也不相同。短壁体系短壁体系（巷柱或刀柱等巷柱或刀柱等）采煤方法由于开掘巷道多采煤方法由于开掘巷道多，巷道交岔多巷道交岔多， 遗留煤柱也多遗留煤柱也多，形成多处支承压力叠加形成多处支承压力叠加，容易发生冲击地压容易发生冲击地压。在波兰，开采 48m 厚煤层时， 用长壁分层采煤方法比房式一次采全高的采煤方法， 冲击地压发生的次 数显著减少。 矿井开采强度大矿井开采强度大 迅速造成大面积悬顶，支承压力高度集中，容易发生冲击地压。 采掘顺序采掘顺序 采掘顺序对形成矿山压力的大小和分布有很大关系。巷道和回采工作面相向巷道和回采工作面相向 推进，以及在回采工作面或煤柱中的支承压力带内掘进巷道，都会使集中应力叠推进，以及在回采工作面或煤柱中的支承压力带内掘进巷道，都会使集中应力叠 加而发生冲击地压加而发生冲击地压。另外，若由于开采顺序不当，使相邻区段追逐开采，采场形状 不规则或留下待采煤柱等，也都会增大集中应力，造成发生冲击地压的条件。据统 计，因在支承压力高峰区开采、掘进，发生冲击地压占 80。 放炮放炮 放炮产生震动，引起动载荷。一方面能使煤层中的应 力迅速重新分布而增加煤体应力， 进入极限平衡状态或破坏其平衡， 从而释放弹性 变形能。另一方面能迅速解除煤壁边缘侧向约束阻力，改变煤体应力状态，由三向 压缩变为二向压缩，使其抗压强度下降，导致迅速破坏而发生冲击地压。因此，放 炮具有诱发冲击地压的作用。此外，钻机、掘进机或其它采煤机工作时，也能局部 改变煤体的应力状态，具有诱发作用，但比放炮的影响小。据统计，在应力集中区 放炮，诱发冲击地压占 42。 顶板来压顶板来压 由于对煤层厚层坚硬顶板，没有采取注水软化或强制放顶等方法，造成大面 积悬顶，形成支承压力集中，顶板断裂来压，造成应力瞬间急剧升高，形成冲击地 压。伴随采煤工作面顶板大面积来压，发生冲击地压占 4765。 四、 拟解决的关键问题 五、 研究思路和方法 巷道的卸压爆破巷道的卸压爆破 采用柔性支护采用柔性支护 工作面超前加强支护采用有弹性、 能够吸收能量和抗冲击的木顶梁或铰接顶梁 加木背板，加单体液压支柱进行支护，同时给单体液压支柱穿木鞋。超前支护支柱 的安全阀采用大流量，快速卸载的阀体（或调至 25MPa 以下） ，以防止单体支柱被 冲坏。 工作面液压支架的安全阀也应当采用大流量、快速溢流的阀体，以防止工作面支 架被冲击压坏和冲击造成支架的爆缸 煤层注水煤层注水 通过注水，使煤层中的含水量增加而使煤层的单向抗压强度降低，同时煤的强度 和冲击倾向指数也降低，因此煤层注水可有效地防治和减弱冲击矿压的危险性。 六、 本课题的进度安排 1、3.204.15通过毕业实习，熟悉现场矿井通风系统及灾害防治情况 2、4.164.23通过上网收集相关资料，结合所学理论知识，整理汇总。 3、4.245.2撰写开题报告并完成设计前两章内容 4、5.35.10撰写论文第三章节内容 5、5.3 5.15撰写论文第四章节相关内容 6、5.155.23撰写论文第五章节相关内容 7、5.235.31完成论文剩余部分内容、翻译外文文献 8、6.1 610论文提交老师进行修改 9、6.106.14根据老师的修改意见做出修改、删减，完成终稿 10、 6.156.16进行毕业答辩 七、 参考文献 1.中华人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局。 煤炭 工业矿井设计规范 ，北京：煤炭工业出版社，2005 2.刘吉昌。 煤矿设计基础 ，太原：山西人民出版社，1983 3.徐永祈： 采矿学 ，徐州：中国矿业大学出版社，2003 4.陈昌荣： 地质学基础 ，徐州：中国矿业大学出版社，1994 5.范天吉： 煤矿通风综合技术手册 ，吉林音像出版社，2003 6.戴绍城：高产高效综合机械化采煤技术与装备 ， 北京： 煤炭工业出版社， 1997 7.陈炎光、徐永祈： 中国采煤方法 ，徐州：中国矿业大学出版社，1991